镉胁迫下斑马鱼(Danio rerio)的行为响应研究

在线生物监测技术可有效评估水质变化,研究基于实验室研发的鱼类行为在线监测系统,探究0.001 mg/L和0.01 mg/L镉胁迫下15 d内斑马鱼(Danio rerio)的行为响应,分析环境污染物胁迫下斑马鱼的行为响应规律。实验采用斑马鱼综合行为强度来反映镉胁迫下的行为变化,并对实验数据进行差异性分析、自相关分析(Autocorrelation)和自组织神经网络(SOM)分析,研究结果:(1)对照组斑马鱼行为强度平均值为0.68±0.14,0.001和0.01 mg/L镉胁迫下斑马鱼行为强度平均值分别为0.65±0.15和0.56±0.13,说明镉胁迫会导致斑马鱼行为抑制,且抑制程度随浓度升高而显著提升(P<0.001);(2)对照组光周期行为强度(0.75±0.14)显著高于暗周期(0.61±0.13;P<0.001);镉胁迫下0.001和0.01 mg/L的光周期行为强度(0.69±0.15和0.60±0.13)分别高于暗周期(0.56±0.16和0.48±0.13;P<0.001),说明斑马鱼具有昼夜节律性;(3)通过SOM分析,行为响应表现出明显的24 h节律。研究表明镉胁迫会导致斑马鱼行为抑制,且抑制程度随浓度升高而显著提升;斑马鱼行为响应表现出明显的24 h节律,光周期行为强度高于暗周期。研究通过鱼类行为在线监测系统分析斑马鱼镉胁迫下的行为响应规律,实现在线监测水质和评估污染状况的目标,为生物在线监测系统在水质监测和评估污染状况方面提供数据支持。

饮用水中余氯对大型蚤的急性和慢性毒性

目前我国饮用水生产过程中普遍采用氯消毒,在去除一些有害微生物的同时,会形成一定浓度的余氯。为了监测余氯对用于在线监测的水生生物产生的毒性效应,讨论了饮用水中余氯对大型蚤的急性和慢性毒性。当余氯为0.16 mg/L时,大型蚤24 h存活率为100%,48 h存活率为90%;当余氯达到0.32 mg/L时,大型蚤48 h存活率为30%。在最小致死剂量(MLD=0.16 mg/L) 暴露下,40 d慢性毒性结果显示水中余氯对大型蚤生长和生殖影响显著。因此,可用于实现在线连续监测过量投加后水中高浓度的余氯。而当大型蚤用于毒性的在线生物监测(如突发性事故监测), 或用于监测水质大幅度变化时,应考虑首先消除水中余氯对动物行为生态的影响。

氰戊菊酯和氯化镉暴露下日本青鳉的行为反应差异

以天然河流中的日本青鳉(Oryzias latipes)行为变化规律为基础,采用水质安全在线生物预警系统(BEWs-1.1)对氰戊菊酯和氯化镉暴露下日本青鳉的行为反应进行了探讨.结果表明:1)在源水中,日本青鳉行为反应具有明显规律性,并表现出生物钟现象;2)氰戊菊酯和氯化镉连续暴露和间断暴露中,日本青鳉行为反应与污染物浓度和暴露时间均直接相关,并表现出相似的行为变化规律性,行为变化均符合生物行为的环境胁迫阈模型;3)高浓度(10mg·L-1)氯化镉间断暴露下的日本青鳉行为强度变化与低浓度(2mg·L-1)连续暴露下的行为强度变化差别不明显,而高浓度(10mg·L-1)氰戊菊酯间断暴露下的日本青鳉行为强度变化与低浓度(2mg·L-1)连续暴露时具有明显差异,高浓度暴露时产生了明显的行为毒性效应;4)器官损伤性污染物(如镉)引起的行为毒性效应在重新加入源水后可以得到部分恢复,而神经损伤性污染物(如氰戊菊酯)不可恢复,污染物不同的作用机理会影响水生生物的行为反应.

在线生物监测技术用于典型农药突发性污染的研究

水源水突发性污染监测技术是当前的研究重点,导致突发性污染事故的末知污染物可通过暴露于污染的水生生物行为改变来实现在线生物监测。通过48h暴露,以标准水为对照,研究了经差分滤除以后,大型蚤在一定农药浓度下的相对行为变化,进一步说明生物行为生态学变化在水体生物监测中的指示作用。研究结果表明,在不同浓度百菌清、除草醚和溴氰菊酯的作用下,大型蚤的运动行为强度会发生剧烈变化,并呈现明显的剂量-效应关系。在一定浓度的农药暴露中,暴露生物的行为强度在经历一个短暂的突增后,会随暴露时间增加而逐步减弱。因此,通过监测大型蚤运动相对行为变化,可以实现对百菌清、除草醚和溴氰菊酯农药污染事故的在线生物监测。

大型溞和日本青鳉在水质在线生物安全预警应用中的比较

讨论了利用大型溞和日本青鳉作为受试生物,通过在线监测两种受试生物行为变化反映水质变化状况的优缺点。结果表明:首先,大型溞对水体污染比日本青鳉更敏感,针对某些污染物的监测水平甚至高于国家地表水标准的限值,而日本青鳉反应水平处于10倍以上地表水标准;其次,在连续监测过程中,大型溞行为变化未表现明显的昼夜规律性,而日本青鳉行为变化具有更明显的生物钟现象;第三,在连续在线监测过程中,大型溞持续监测只能维持7天左右,其续航能力明显弱于日本青鳉的30天以上监测周期。

饮用水生产中突发性有机磷农药污染事故的在线生物监测

饮用水生产中可能因为水源污染或人为投加的有机磷农药而使水质发生突发性变化,可以利用生物暴露于有机磷农药时运动行为的变化在线预警这类突发性污染事故。研究了大型蚤在不同浓度有机磷农药作用下的行为变化规律。研究结果表明,不同浓度对硫磷、马拉硫磷和敌百虫条件下,大型蚤的运动行为会发生剧烈变化,其强度随水中有机磷农药的浓度和暴露时间增加而逐步减弱;即使在这三种有机磷农药的水相浓度远低于《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)的情况下, 仍然可以观察到大型蚤运动行为的改变,因此可以对突发性有机磷农药污染事故实现安全预警。

高锰酸钾及氯化锰对日本青鳉的急、慢性毒性

饮用水生产中投加高锰酸钾可能引起高锰酸钾及其副产物二价锰的毒性效应.利用日本青鳉的胚胎-幼鱼发育阶段评价了以高锰酸钾为预氧化剂的饮用水生产工艺安全性.结果表明,高锰酸钾对日本青鳉的LC50-96h为1.48mg·L-1.慢性暴露中,对孵化时间影响的最低可观察效应浓度(LOEC30d)为0.1mg·L-1;暴露于0.4mg·L-1的高锰酸钾对30d后日本青鳉的体长、体重、累计死亡率均有显著影响,但对孵化率率无显著影响.氯化锰(Mn2+)对日本青鳉的LC50-96h为550mg·L-1,对体重影响的LOEC30d为3.2mg·L-1.当高锰酸钾的使用浓度在0.5～1.5mg·L-1之间,其在滤后水中的高锰酸钾残余浓度低于检出限,而降解中间体产物Mn2+浓度小于0.5mg·L-1,均低于本文报道的LOECs数值.

水质安全在线生物预警技术及研究进展

采用在线生物监测技术可以实现水体突发性污染事故的安全预警,并可根据受试生物的生物学指标变化对水体内多种污染物的综合毒性进行监测。水质安全在线生物预警技术通过低压电信号采集受试水生生物的行为生态学变化,并通过信号分析系统和设定的行为变化阈值,对水质状况进行分析。根据设定的预警方式,可以实现水质变化定性和半定量预警。

水质在线安全生物预警系统模拟预警及应用

水质安全在线生物预警系统可以实现水体突发性污染事故安全预警,根据受试生物生物学指标变化对水体内多种污染物的综合毒性进行监测。模拟预警结果表明,水质安全在线生物预警技术通过低压电信号采集日本青鳉的行为变化,并通过信号分析系统,结合行为变化阈值的设定,对水质状况进行综合分析,实现对污染水体的水质变化报警。

利用大型蚤运动行为变化预警突发性有机磷水污染

讨论了利用水生生物的行为生态学变化进行水质在线生物监测的方法,以有机磷农药(敌敌畏、对硫磷)为预选水体污染物,以大型蚤为受试生物进行了突发性农药污染事件的生物在线预警试验。结果表明,受污染水体中有机磷农药的浓度达到大型蚤48h半数有效剂量(EC50一48)的1/10时即可对其运动行为产生明显影响;在不同暴露浓度下,大型蚤运动行为的强度变化与暴露浓度之间表现出明显的剂量一效应关系;而在一定暴露浓度下其行为强度与暴露时间呈正相关。因此,通过生物行为监测系统监测到的大型蚤的行为强度变化,可以推断水体中是否突发了有机磷的污染事件。

汞、硒暴露对紫贻贝(Mytilus edulis)抗氧化酶系统的影响

为了研究重金属汞及微量元素硒对海洋贝类的毒性效应,揭示汞、硒在生物体内的相互作用机制,用汞和硒对指示生物紫贻贝(Mytilus edulis)进行单一及联合亚慢性暴露实验。设置对照组(0μg·L-1)、汞暴露组(25μg·L-1Hg2+)、硒暴露组(4μg·L-1Se4+)以及硒汞联合暴露组(25μg·L-1Hg2++4μg·L-1Se4+)4个实验组,并分别在暴露期间的第0、2、4和6天定时采集样本,测定紫贻贝鳃SOD、GPx及CAT3种抗氧化酶活性。将实验数据进行ANOVA分析处理后,结果表明:与对照组相比,汞暴露组SOD和GPx均呈现先显著升高(p<0.05或p<0.01)后降低(p<0.01或p<0.001)的趋势,CAT则从第4天开始显著降低(p<0.05);硒暴露组中SOD活性始终高于对照组(p<0.001),GPx活性在第2天也显著升高(p<0.001),CAT活性始终与对照组相近;硒汞联合作用与汞暴露组相比,SOD、GPx和CAT活性在不同时间点均有显著升高(p<0.05),而与硒暴露组相比,3种酶活性均低于硒单独暴露的水平。说明汞在短期能够诱导抗氧化酶活性,随着暴露时间的延长,则表现出明显的抑制作用;微量硒能够增强抗氧化酶系统活性,对汞导致的氧化损伤具有拮抗作用。

基于大型浮游动物多样性与水质参数相关性分析的温榆河水质评价

根据大型浮游动物多样性指数(H')、水体理化参数(Pb/n)及相关性分析,评价2010年5-12月罗马东湖水质改善示范工程运行后温榆河水质变化。工程上游各位点为严重污染,并且水质变化不大。示范工程区域大型浮游动物种类增加,敏感种数量上升,H'由0.6501升至2.1342,Pb/n显示水质好转,但依然为轻微污染。自组织映射(self-organizing maps,SOM)对H'和水质参数的相关性分析表明,示范工程运行初期的pH(9.5)较其他位点(7.5左右)大幅升高可能是影响生物多样性指数的主要原因之一。综合分析,示范工程对局部水域的水质改善效果明显,但实现河流健康目标,必须控制污染源,由点到面,逐步由局部生态修复过渡到流域生态系统的恢复。H'和水质参数的相关性分析可以成为水质评价的有效手段,并能为生态修复有针对性的技术改善提供依据。

我国水体突发性污染事故不完全统计分析

依据媒体公开报道的信息,对2006—2013年我国水体突发性污染事故作不完全统计分析。经对年度发生次数比较发现,水体突发性污染逐年降低;污染物类别主要为重金属、有机物和化工污染物,占统计总数的74.19%;污染事件主要来源于企业违规排污、工厂事故性泄漏、人为因素和自然条件破坏等,其中企业违规排污占54.84%,人为因素占10%。

温榆河浮游动物多样性及水质改善效果评价

为评价自2010年5月罗马东湖示范工程运行后温榆河水质变化情况,于2010年5月-2011年2月间,定期采集该流域大型浮游动物,并从浮游动物种类、敏感种数量以及Shannon-Weaver生物多样性指数(H')等3个方面对温榆河流域大型浮游动物多样性进行分析。2010年5月-10月,罗马东湖大型浮游动物种类增加,敏感种数量上升,Shannon-Weaver生物多样性指数(H')由0.650 1升至2.134 2,水质由重污型改善为β-中污型;2010年11月-2011年2月,H'降低,说明季节变化对生物多样性影响较大。下游苇沟桥由于接受示范工程水域敏感种,H'与罗马东湖具有相同变化趋势,但受到清河水体影响,实际水质较差。苇沟桥下游北关闸敏感种再次消失,H'降低。其他位点H'明显较低,并受季节变化影响。结果表明:温榆河水质改善示范工程对局部水域的水质改善效果明显。要实现河流健康目标,必须控制污染源,由点到面,逐步由局部生态修复过渡到流域生态系统的恢复。

慢性心力衰竭合并房颤患者血浆BNP水平的变化

目的 观察慢性心力衰竭合并心房纤颤（房颤，AF）患者血浆脑钠肽（BNP）水平的变化。方法 选取2009年4月~2013年4月四川省广元市第二人民医院心内科收治的325例慢性心力衰竭（心衰）患者，其中男性193例，女性132例，年龄34~86岁。按照其是否发生AF分为AF组（117例）及窦性心律组（208例）。按照AF患者疾病类型进行再次分组，分为A组（65例）及B组（52例），分别为阵发性房颤及持续性房颤。检测所有入选者血浆BNP水平以及心房内径（LAD）、左室舒张末期内径（LVEDD）、左室射血分数（LVEF）、左室后壁厚度（LVPWT）。结果 三组患者随着纽约心脏协会心功能分级的升高，其血浆BNP水平也随之显著升高，差异有统计学意义（P均＜0.05）。与窦性心律组比较，A组和B组患者血浆BNP水平显著升高，同时B组患者血浆BNP水平显著高于A组，差异有统计学意义（P均＜0.05）。B组患者LVEDD、LAD显著高于A组和窦性心律组，A组和B组患者LVPWT显著高于窦性心律组，差异有统计学意义（P均＜0.05）。血浆BNP水平与LVEDD、LVPWT呈显著正相关，相关系数分别为0.427、0.585（P均＜0.05）。结论 慢性心力衰竭合并AF患者血浆BNP水平显著升高，心功能越差其水平升高越明显，且血浆BNP水平越高左室结构改变越明显。

2种除草剂联合胁迫下日本青鳉的逐级行为响应

探讨了日本青鳉在两种除草剂阿特拉津和百草枯联合暴露下的逐级行为响应,采用水质安全在线生物预警系统(BEWs)记录行为强度数据,分析不同暴露浓度、不同暴露时间日本青鳉的行为响应.10、5、1和0.1TU的暴露浓度下行为反应时间分别为:0.74、7.7、29.4和42.2h,而每个浓度不同配比之间行为反应时间差异明显.结果表明:在两种除草剂的暴露下,日本青鳉的逐级行为响应既受化合物浓度高低的影响,又受暴露时间的影响,而且每个浓度两种药物不同配比暴露下的青鳉鱼的逐级行为响应基本一致,每个浓度不同配比之间行为反应时间差异明显,即两种作用机制不同的除草剂对日本青鳉的行为毒性是协同作用.

水产养殖环境常见四环素类抗生素抗性基因tet(M)的演化及传播的初步分析

利用分子系统学方法分析了20条水产养殖环境中常见的四环素抗性tet(M)基因的序列特点、多态性及系统发育,并对其细菌寄主分类、环境介质来源作相关性分析。结果表明,20条基因序列有4种单倍型,其中tet(M)-b和d是两种远缘基因型,而a和c则是二者之间的序列变异。系统发育树分成三大分支,tet(M)基因在进化及传播过程与其细菌寄主的基因背景及环境介质的来源并无严格的相关性,暗示该类基因在环境中传播与进化迅速,其传播机制及环境毒性有待于深入的研究。

三株以亚硝酸氮为氮源的异养硝化菌的分离与分子生物学鉴定

从天津北运河沉积物中分离得到3株以亚硝酸氮（NOr—N）为氮源的异养硝化菌HN4、HN5和HN6．对3菌株降解NOr—N与总有机碳（TOC）能力进行了研究．结果表明，3菌株富集培养期内降解NOr—N与TOC效率均在60％以上，富集培养期间NOr—N含量变化和TOC含量变化高度相关，3株异养硝化菌能在进行脱氮作用的同时利用有机碳．以细菌16SrDNA序列和真菌ITS序列进行分子生物学鉴定，初步认定HN4为Shigella，HN5和HN6为Candida palmioleophila．

Cd^(2+)与2,4,6-TCP联合胁迫下日本青鳉的逐级行为响应

采用水质安全在线生物预警系统(BEWs)记录行为强度数据,探讨了2种环境污染物Cd2+和2,4,6-TCP联合胁迫下,不同暴露浓度、不同暴露时间日本青鳉的行为响应。在不同浓度比例的农药暴露中,10,5,1和0.1TU的暴露浓度下的平均行为反应时间分别为3.9,7.2,28.2和43.6h。结果表明,在2种污染物的暴露下,日本青鳉的逐级行为响应既受化合物浓度高低的影响,又受暴露时间的影响,但每个浓度的不同配比之间的行为响应时间差异不明显,而且每个浓度2种污染物不同配比暴露下日本青鳉的逐级行为响应基本一致。日本青鳉对Cd2+污染的行为反应具有明显的滞后性,即由于毒性累积作用,Cd2+对日本青鳉产生的环境胁迫小于相同浓度的2,4,6-TCP。

水质在线生物安全预警系统为灾区人民安全饮水提供保障

5月12日四川汶川大地震牵动着全国人民的心。为了尽科研工作者的职责，以实际行动为地震灾区尽绵薄之力，应住房和城乡建设部的要求，中国科学院生态环境研究中心紧急向四川地震灾区无偿捐赠一套BEWs-02型水质安全生物在线监测系统。